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Fraunhofer LBF研发相变材料及“三明治”结构

导读: OPTEMUS项目涉及了一款带蓄热功能的动力电池,弗劳恩霍夫协会(Fraunhofer LBF)结构耐用性及系统可靠性研究所曾参与该产品的设计。

据外媒报道,欧盟能源管理及使用优化项目(Optimized Energy Management and Use,OPTEMUS)旨在降低能耗并通过车辆空间优化方式,兼顾车内空间、成本及复杂性要求,旨在解决因电池容量有限而导致的电动车续航里程数受限问题。

OPTEMUS旨在研发众多创新型核心技术(综合热管理系统方案,由紧凑型制冷装置及紧凑型空调暖通装置、电池外壳、绝缘件构成,该方案可被用作蓄热、储能设备、热能管理控制单元、再生减震器构成)及互补性技术(complementary technologies)及智能控制(生态驾驶、环保路线策略、预见性座舱预调策略、最低能耗、电动管理策略)。

OPTEMUS项目涉及了一款带蓄热功能的动力电池,弗劳恩霍夫协会(Fraunhofer LBF)结构耐用性及系统可靠性研究所曾参与该产品的设计。

该款由Fraunhofer LBF研发的相变复合材料系统(phase change material composite system)可被用于预调温度敏感型电芯,适用于严寒气候,采用绝热罩后可确保其在最佳的工作温度下运行,从而延长电池的使用寿命。值得一提的是,该设计省去了主动温控。

反之,该设计还能规避电池的不必要散热(unwanted heat)在短期内呈现上升态势,例如:电池快充的时候。

为确保相变复合材料的热解耦(thermally decouple),避免对环境造成及便于进程控制,Fraunhofer LBF科研人员采用了新方法来制作绝热、高强度电池外罩。

该部件基于泡沫塑料注塑一体式聚合物泡沫(SABIC PP15T1020)打造,采用混合生产工艺后,可与高强度热塑料纤维塑料复合材料(TP-FKV)相融合,该泡沫提升了材料的绝热性能。

为调查并评估不同类型的聚合物泡沫及泡沫孔结构(foam morphologies),从而提升隔热能力,研究人员设计一种基于计算机断层扫描3D图像技术的空洞分析法。

由于聚合物泡沫的强度和硬度低,研究人员在材料上涂覆了TP-FKV,确保其能安全地承载电池的工作载荷。为此,LBF科研人员制作了一款厚度为0.25毫米的薄单向性胶带(unidirectional tapes)(UDMAX from SABIC),在注入一体化泡沫前,利用混合制造工艺,对其三维进行调整,然后将其用作核心层,介于两个层压层(laminate cover layers)之间。

该三明治结构具有以下优点:轻量化潜力大、弯曲性能高、耐冲击性强。此外,该材料还对表面起到了防护作用,防止外部物质的侵入,在电池组应用中发挥了重要作用。

上述两款材料及结构理念均可被用于大规模生产中。

作者:李文龙

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